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移动机器人导航是利用其传感器,扫描、收集周围环境信息,确定路线规划并编辑程序使其移动。笔者认为,经过业内科研人员不懈努力,移动机器人导航技术不论在理论研究或应用实践均取得积极成效,但展望未来,理论研究有待补充,技术难题亟待解决。
移动机器人在利用导航技术获取周边环境信息以确定行走方向或所在位置时,需综合利用科学算法,得出数据模型并形成指令,方可规划最优路径。
电磁导航是最早被研发的导航技术。技术人员在机器人预设路线上设置多条电线,机器人在运行中通过接收电流频率,通过感应线]。经过多年尝试,科研人员认定该方法准确率高且运用简单,但前期铺设电线需消耗过多人力、物力,因此该方法的维护成本较高。
视觉导航是机器人常用导航技术,其特点是探测信号范围广、信息获取准度高。研究人员在移动机器人头部安装巡航影像系统,其内部含有传感器辨识系统、图像辨别系统和路径规划技术等。视觉导航采用电荷耦合器件图像传感器(简称CCD),它是集信息划分、整理、读取为一体的综合传感器,当机器人进行路径规划时,CCD传感器会将传输至系统原件的电荷转移至影像系统内的二维传感器进行合成,通过系统扫描对数据进行量化建模,形成指令[2]。
光反射导航是在机器人接收外界光线频率以自主移动。该方法成本低廉、操作简单,也是国内机器人研发机构使用较广泛的方法。
声音导航技术是机器人利用内部声音识别系统辨识无规律、无方向的声音频率,尤其是在光线不充足环境中,机器人可通过声音精确定位;另外,味觉导航是应用于机器人内部高灵敏度的化学传感器,根据气味、气流方向检测气流浓度情况,便于机器人搜寻气源,确定行程路线. 探讨移动机器人导航技术发展现状
笔者认为,移动机器人导航技术在精确定位、路径规划、信息融合等方面有较强优势,但仍需提升技术指标,校准误差,确保导航准确性。
国内机器人导航技术一般采用相对定位法,通过筛选距离、测定方位、计算最优路径等步骤,确保机器人按预定路线移动。该方法收集数据速度较快,但长期精准较差。近些年,国内科研机构引进了惯性导航法,即利用陀螺仪测算机器人内部控件转速,利用加速计计算运动加速度,反复测量以求得累积测量值。惯性导航法提升了测算效率,但在计算过程中无法避免时间误差,若机器人移动距离较长,误差会逐渐增大,定位精准度下降。
国外机器人定位利用绝对定位法,即将机器人内部导航系统与太空卫星进行网络连接,卫星可向机器人导航系统传输全球定位信息,并对重点位置标记,便于技术人员更好地掌握路径环境数据。绝对定位法有助于机器人较精确地感知局部环境信息,进一步减少误差风险。
路径规范技术是机器人内部搜索算法的实现,即确定目的地后,系统自动计算最优路线信息,主要是测定最佳距离及避免障碍物。当前,路径规划分为全局路径技术与局部路径技术,其中,全局路径技术采用直线搜索法,即直接测算从起始点到终点的最短距离与最少用时,将此为最优线路设计依据,而局部规划技术是处于运动中的机器人及时收集局部环境数据,并测算其加速度和检测内部性能,利用计算数值构造模型,以控制机器人运动不偏离预计方向。
传感器是机器人应用导航技术的载体。为强化传感器信号输入的准确性与可靠性,国内外研发机构会在机器人顶部安置多位传感器,既促进对环境信息收集、分析和运算速度,提升了测算准确性,又使多部传感器发挥重组或互补优势,进一步完善系统数据计算的互补性,保证系统运行高速和准确性。另外,传感器技术是模仿生物神经系统处理信息模式,一般进行复杂环境下的信息描述和系统测算工作,用于筛选采集样本、辨识信息的正误,充分保证了多位传感器系统的高度统一性。
目前,移动机器人导航领域的信息处理、精准定位等研究理论和技术改造不断提升,随着网络计算机技术日益发展,未来机器人导航技术会有更严格的标准和更困难的问题等待我们去探索、解决。
未来一段时间内,视觉导航技术需重点提升系统测算精度,扩充数据存储容量,提高图像处理速度。笔者认为,视觉导航的发展趋势是提高处理图像静态、动态的信息识别,使机器人时刻根据周边环境变化以改进路线,让导航系统探测范围更广、信息收集更完整及图像处理实时性更强。
目前,机器人导航的多为传感器融合技术,进一步促进了信息的融合性。但该技术适用环境需严格限制,原因是部分传感器性能无法与视觉导航、电磁导航等技术充分融合,无法胜任高精度测算任务[3]。因此,未来需要进一步探究如何提升传感器与不同导航系统的融合性,并加以改进,让机器人将来可不受环境约束,加速信息的融合、处理,不断地获取高精度的数据。
通常,机器人系统处理信息效率越高,则导航结果越精确,机器人导航系统在收集外界信息后,将其分解、归类为基础信息并逐一处理[4]。未来,科研人员通过升级当前系统,开发模块信息平台,让不同信息同时列于平台上处理,提升系统运行效率。
日后,国内外的机器人研发机构还会加强多位机器人导航系统应用。设计连接程序,将不同机器人导航系统串联,使多个机器人利用空间通信法相互分享不同方位测定的数据,以此判定到达位置的最优路径,使机器人资源可最大化利用。
笔者认为,现阶段机器人导航技术的创新发现为将来更进一步实施技术改进打下了坚实的理论基础和积累了丰富的实践经验。今后,我们更需提高移动机器人导航技术的定位精确性、信息融合性等方面,进一步创新研发更优质性能的导航系统,并将网络发展的理念和技术逐渐渗入到机器人导航的研究领域,提高导航的人工智能性,使移动机器人更加造福于人类社会。
[2] 蒋浩然,,王虎,雷王利,袁池. 移动机器人自动导航技术研究进展[J].西北农林科技大学学报(自然科学版),2011,12:207-213.
分析新的高级维修电工鉴定考核大纲,我们可以发现,其相对中级维修电工增加了电力半导体、特种电机、自动控制原理、微机原理、可编程(PLC)、变频器、数字机床控制系统、电梯控制系统及部分新的机械知识。这些新增的知识都是最近几年迅速发展并且已经得到广泛应用的技术,满足和适应了当前企业维修电工的实际需要,代表了我们今后维修电工培养的方向。
从新增的知识看,主要集中在先进控制技术方面,这些知识技能具有以下特点:属于新技术;更新速度快,每月可能都有新的技术得到应用;多学科综合应用,每种产品/系统、技能都可能涉及多种新技术;电力电子技术、微机控制技术、自动控制理论等得到了广泛应用。
虽然高级维修电工新增知识给我们带来了挑战,迫使我们补课――进行多种先进控制技术学习,但是高级维修电工新增知识并非杂乱无章。它是电力电子技术、微机控制技术、自动控制理论的结合和应用:
第一,可编程(PLC)的核心是微机控制技术,就是运用微机加上电路设计制造的一个简单易用的、用户可二次编程开发的电器产品。而数控系统、电梯控制系统则是以可编程为核心实现的、适用相应场合的控制系统。
第二,变频器的核心也是微机控制技术,就是运用微机+电力半导体器件+脉宽调制控制理论设计制造的一个简单易用的调速电器。此外,数控系统中的伺服同样是用微机+电力半导体器件+脉宽调制控制+闭环控制理论设计制造的一个简单易用的调速控制电器,与变频器知识是相通的,一些厂家的部分变频器就具有伺服的一些功能。可以说,新的调速产品、调速系统,与变频器、伺服一样,都是电力电子技术的具体应用。
第三,高级维修电工新增知识中的变频器、伺服、可编程、调速系统等都需要开环、闭环控制理论的指导,如果没有自动控制理论的指导,不仅设计不出,而且面对变频器五十个以上、伺服一百五十个以上的产品参数将无从下手,面对数控系统、电梯控制系统更是无所适从。
因此,高级维修电工新增知识的理论基础就是电力电子技术、微机控制技术、自动控制理论、电机学。具体关系可以用图1表示。
正确认识了高级维修电工新增知识的理论基础和相互关系,有助于我们对高级维修电工新增知识技能的学习和把握。
在高级维修电工教学中必须强化电力电子技术、微机控制技术、自动控制理论、电机学基础知识的地位,但是以上课程理论知识普遍较难学,因此除了采用一体化教学外,还应积极地探索有效的教学教法,如多媒体教学和行为导向法等。
要注重电力电子技术、微机控制技术、自动控制理论、电机学课程的综合应用, 变频器、伺服、可编程、调速系统等均是以上技术的综合应用,为了理解他们,我们在学习这些基础课程时,一定要偏重于以上技术的联系和综合应用,把握基本概念、典型电路,主要掌握问题是如何提出的、如何解决的、又是如何应用的,不能割裂地讲述单科知识。
从图1看出PLC是中的代表、变频器是调速中的代表,因此,在高级维修电工教学中必须强化PLC、变频器原理的学习,强化PLC、变频器典型电路的技能的训练。相信,只要PLC、变频器学透,就不难理解其他先进控制技术和系统。
总之,相对中级维修电工来说,高级维修电工新增的知识主要集中在先进控制技术方面,这就要求学校教师要主动加强自我学习,熟悉和跟踪先进控制技术的发展。
测控技术与仪器专业培养能力 1. 具有较扎实的自然科学基础,较好的人文、艺术和社会科学基础及正确运用本国语言、文字的表达能力;
2. 较系统地掌握本专业领域宽广的技术理论基础知识,主要包括机械学、电工电子学、光学、传感器技术、测量与控制、市场经济及企业管理等基础知识;
3. 掌握光、机、电、计算机相结合的当代测控技术和实验研究能力,具有现代测控系统与仪器的设计、开发能力;
测控技术与仪器专业就业前景 测控技术与仪器是电子、光学、精密机械、计算机、信息与控制技术多学科互相渗透而形成的一门高新技术密集型综合学科,主要面向测量和控制的新原理、新技术以及仪器的智能化、微型化、集成化、网络化和系统工程化等。
本专业学生主要学习精密仪器的光学、机械与电子学基础理论,测量与控制理论和有关测控仪器的设计方法,受到现代测控技术和仪器应用的训练,具有本专业测控技术及仪器系统的应用及设计开发能。
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